Mabda'a Le Chatelier: saadaalinta sida isu-dheellitirradu uga jawaabaan isbeddelka

Cadaadis-saarku (stress) wuxuu beddelaa Q ama K, nidaamkuna wuxuu soo celiyaa isu-dheellitirka

Isu-dheellitirka qaybta falgalka Q waxay le'eg tahay joogtada isu-dheellitirka K. Carqalad, oo badanaa loo yaqaan stress, waxay jebisaa sinnaantaas laba siyaabood midkood. Ku darista ama ka saarista nooc, ama beddelka mugga isku-dhaf gaas ah, waxay beddeshaa Q halka K uu sii ahaado isku mid. Beddelka heerkulku wuxuu beddelaa K laftiisa. Si kastaba, nidaamku markaa wuu falgalaa ilaa Q mar kale le'ekaado K.

Haddii Q hadda ka yar yahay K, falgalku hore ayuu u socdaa, xagga wax-soo-saarrada. Haddii Q hadda ka weyn yahay K, gadaal ayuu u socdaa. Ka fikirka ereyadan ayaa ka kalsooni badan hal-ku-dhegyo la xafiday, sababtoo ah wuxuu sidoo kale kuu sheegaa goorta aysan jirin wareejin gabi ahaanba.

Ereyga qayb ahaan wuu muhiim yahay. Nidaamku marnaba si buuxda uma tirtiro isbeddelka. Haddii aad ku darto falgale, uruurintiisa isu-dheellitirka cusub weli way ka sarreysaa intii ay ahayd kahor intaadan ku darin.

Ku darista ama ka saarista nooc

Ku darista falgale ama ka saarista wax-soo-saar waxay Q hoos ugu dhigtaa K, sidaa darteed falgalku wuxuu u wareegaa xagga wax-soo-saarrada. Ku darista wax-soo-saar ama ka saarista falgale waxay Q kor ugu qaaddaa K, sidaa darteed falgalku wuxuu u wareegaa xagga falgalayaasha. Hababka warshadaha iyo shaybaarku si joogto ah ayay tan u isticmaalaan. Distill-garaynta wax-soo-saar uumi-baxa, u oggolaanshaha gaas inuu baxsado, ama dhaadhicinta wax-soo-saar waxay Q ku haysaa K hoostiisa waxayna falgalka u wadaan meel ka fog inta K-giisa keligiis oggolaan lahaa.

Ku darista walax adag oo saafi ah ama dareere saafi ah oo dheeraad ah ma wareejiso isu-dheellitirka. Walxahaasi kama muuqdaan Q, sidaa darteed Q isma beddelo. Ku darista CaCO₃(s) dheeraad ah weel xidhan oo isu-dheellitir kula jira CaO(s) iyo CO₂(g) waxay cadaadiska CO₂ uga tagtaa sidiisa.

Tusaale la xaliyey: hydrogen dheeraad ah oo ku jira isu-dheellitirka hydrogen iodide

OpenStax qaybta 13.3 waxay bixisaa Kc = 50.0 400 °C ee H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2 HI(g). Ka soo qaad in isku-dhaf isu-dheellitir oo heerkulkaas ah uu leeyahay [H₂] = [I₂] = 0.0150 mol/L. Markaa [HI] = √(50.0 × 0.0150 × 0.0150) = 0.106 mol/L.

Hadda H₂ ayaa la duraa si [H₂] ugu booddo 0.0450 mol/L kahor inta aan waxba falgalin. Q = (0.106)² / (0.0450 × 0.0150) = 16.7. Taasi way ka yar tahay 50.0, sidaa darteed falgalku hore ayuu u wareegaa wuxuuna isticmaalaa qayb ka mid ah H₂-da lagu daray.

Si aad u ogaato inta uu wareego, ha falgalo x mol/L oo H₂ ah. Markaa [H₂] = 0.0450 − x, [I₂] = 0.0150 − x iyo [HI] = 0.106 + 2x. Dejinta (0.106 + 2x)² / [(0.0450 − x)(0.0150 − x)] = 50.0 iyo xallinta quadratic-ga, adigoo haynaya qiimayaasha dhexe ee aan la dhoweyn, waxay bixisaa x = 0.00728. Xididka macquulka ah ee jidh ahaaneed waa kan ka yar 0.0150, sababtoo ah I₂ ma dhici karo eber hoostiisa. Isu-dheellitirka cusub wuxuu leeyahay [H₂] = 0.0377, [I₂] = 0.00772 iyo [HI] = 0.121 mol/L.

Natiijada ku akhri mabda'a. Nidaamku wuxuu isticmaalay qiyaastii rubuc hydrogen-kii lagu daray, sidaa darteed [H₂] wuxuu ku dhammaaday 0.0377 mol/L, oo weli si fiican uga sarreeya 0.0150-kii asalka ahaa. Dhanka kale qiyaastii badh iodine-ka ayaa loo beddelay HI. Ku darista falgale jaban si loo isticmaalo mid qaali ah waa hab caadi ah oo lagu kordhiyo wax-soo-saarka.

Cadaadinta ama ballaarinta isku-dhaf gaas ah

Yaraynta mugga isku-dhaf gaas ah waxay uruurin kasta kor ugu qaaddaa isla arrin. Haddii taasi beddesho Q waxay ku xiran tahay Δn, moolasha wax-soo-saarrada gaaska ah laga jaray moolasha falgalayaasha gaaska ah. Haddii Δn taban yahay, cadaadintu waxay hoos u dhigtaa Q falgalkuna wuxuu u wareegaa xagga molekiyuullada gaaska ee ka yar. Haddii Δn togan yahay, cadaadintu waxay kor u qaaddaa Q falgalkuna wuxuu u wareegaa xagga falgalayaasha, kaas oo mar kale ah dhinaca molekiyuullada gaaska ee ka yar. Haddii Δn eber yahay, sida H₂ + I₂ ⇌ 2 HI, cadaadintu ma beddesho Q mana jirto wareejin.

Kor u qaadidda cadaadiska guud iyadoo lagu darayo gaas aan falgalin sida argon mug joogto ah waxba ma beddesho. Cadaadisyada qayb-ahaaneed iyo uruurinta gaasaska falgalaya way sii ahaadaan isku mid, sidaa darteed Q wuxuu sii le'eg yahay K. Ku darista gaas aan falgalin cadaadis joogto ah way ka duwan tahay: weelku waa inuu ballaarto, taasoo leh isla saameynta kordhinta mugga.

Tusaale la xaliyey: badh u dhigidda mugga isku-dhaf NO₂–N₂O₄

N₂O₄(g) ⇌ 2 NO₂(g) 25 °C, OpenStax qaybta 13.2 waxay sharxdaa isku-dhaf isu-dheellitir oo leh [N₂O₄] = 0.042 mol/L iyo [NO₂] = 0.016 mol/L. Kuwani waxay bixiyaan Kc = (0.016)²/0.042 = 6.1 × 10⁻³.

Mugga badh u dhig heerkul joogto ah. Labada uruurin way laba-laabmaan, ilaa [N₂O₄] = 0.084 iyo [NO₂] = 0.032 mol/L. Q = (0.032)²/0.084 = 1.22 × 10⁻², si sax ah laba jibaarka Kc, sababtoo ah erayga NO₂ waa labajibaaran yahay. Q > K, sidaa darteed nidaamku wuxuu u wareegaa xagga N₂O₄, dhinaca leh hal mool oo gaas ah halkii laba.

Ha samaysmo y mol/L oo N₂O₄ ah. Xallinta (0.032 − 2y)²/(0.084 + y) = 6.1 × 10⁻³ waxay bixisaa y = 0.0044, sidaa darteed isu-dheellitirka cusub wuxuu leeyahay [NO₂] = 0.023 mol/L iyo [N₂O₄] = 0.088 mol/L, laba tiro oo muhiim ah sida xogta. NO₂-da bunniga ah ayaa ka uruursan intii ka horreysay cadaadinta (0.023 marka loo eego 0.016 mol/L), sidaa darteed gaasku wuxuu u muuqdaa mid ka madow, laakiin qayb ka yar oo nitrogen-ka ah ayaa hadda ku jirta NO₂: 12 boqolkiiba marka loo eego 16 boqolkiiba hore.

Heerkulku wuxuu wareejiyaa K laftiisa

Heerkulku waa isbeddelka caadiga ah ee keliya ee beddela qiimaha K. Falgal endothermic ah (ΔH > 0), K wuu kordhaa marka heerkulku kaco, sidaa darteed kululayntu waxay isu-dheellitirka u wareejisaa xagga wax-soo-saarrada. Falgal exothermic ah (ΔH < 0), K wuu yaraadaa marka heerkulku kaco, sidaa darteed kululayntu waxay u wareejisaa xagga falgalayaasha. Hab faa'iido leh oo tan lagu xasuusto waa in kulaylka loo qaato falgale falgal endothermic ah iyo wax-soo-saar falgal exothermic ah.

OpenStax qaybta 13.3 waxay bixisaa ΔH = +57.20 kJ ee N₂O₄(g) ⇌ 2 NO₂(g), sidaa darteed diirinta isku-dhafka waxay ka dhigtaa mid ka bunni badan. Cabbirka isbeddelka waxaa lagu qiyaasi karaa isleegga van 't Hoff, ln(K₂/K₁) = −(ΔH°/R)(1/T₂ − 1/T₁). Wuxuu ka dhashaa ΔG° = −RT ln K iyo ΔG° = ΔH° − TΔS° haddii ΔH° iyo ΔS° ay qiyaas ahaan joogto ahaadaan.

Tusaale la xaliyey. Laga bilaabo 25 °C (298.15 K) ilaa 50 °C (323.15 K), ln(K₂/K₁) = −(57 200 J/mol ÷ 8.314 J mol⁻¹ K⁻¹)(1/323.15 − 1/298.15) = 1.785, sidaa darteed K₂/K₁ = 6.0. Ka bilaabidda Kp = Kc × RT = (6.1 × 10⁻³)(0.08206 × 298.15) = 0.15 25 °C (Δn = 1, cadaadisyadu waa atm), Kp-da 50 °C waa qiyaastii 0.9. Kor u kac 25 darajo ah wuxuu joogtada isu-dheellitirka kordhiyaa qiyaastii lix jibaar.

Catalyst-ku ma wareejiyo isu-dheellitirka. Wuxuu si siman hoos ugu dhigaa tamarta firfircoonida falgallada hore-u-socodka iyo gadaal-u-socodka, sidaa darteed isu-dheellitirka si dhaqso ah ayaa loo gaaraa, laakiin K iyo isku-dhiska isu-dheellitirku isma beddelaan.

Ammonia Haber–Bosch: dheellitirka wax-soo-saarka iyo xawaaraha

Samaynta warshadeed ee ammonia, N₂(g) + 3 H₂(g) ⇌ 2 NH₃(g), waxay muujinaysaa sida mabda'u u hago doorashooyinka dhabta ah. OpenStax qaybta 13.3 waxay bixisaa ΔH = −92.2 kJ. Falgalku waa exothermic, sidaa darteed heerkullada hoose waxay bixiyaan K ka weyn iyo ammonia ka badan isu-dheellitirka. Afar mool oo gaas ah ayaa noqda laba, sidaa darteed cadaadiska sare sidoo kale wuxuu door bidaa ammonia.

Dhibaatadu waa xawaaraha. Heerkul hoose falgalku aad buu ugu gaabis yahay inuu faa'iido leeyahay. OpenStax waxay sharxdaa is-afgaradka: cadaadisyo qiyaastii ah 150 ilaa 250 atm, heerkullo 400 ilaa 500 °C ah oo leh catalyst si xawaaruhu u ahaado mid la isticmaali karo, iyo ka saarista joogtada ah ee ammonia isku-dhafka si Q u sii ahaado K hoostiisa. Heerkulka waxaa loo doortaa xawaaraha, iyadoo lagu bixinayo K ka yar, shuruudaha kalena waxay soo celiyaan wax-soo-saar inta suurtagal ah.

Saadaalinta Le Chatelier ee khaldanta

Marka saadaal aan la hubin, qor Q, beddel qadarka la weydiinayo, oo barbar dhig Q-da cusub iyo K. Hubintaasi waxay go'aamisaa ku dhawaad xaalad kasta oo hoos ku qoran.

• Odhaahda in K beddelmo marka uruurin ama muggu isbeddelo. Heerkulka oo keliya ayaa beddela K.
• Saadaalinta wareejin kadib cadaadinta falgal leh Δn = 0, sida H₂ + I₂ ⇌ 2 HI.
• Saadaalinta wareejin kadib ku darista gaas aan falgalin mug joogto ah.
• Saadaalinta wareejin kadib ku darista walax adag ama dareere saafi ah oo dheeraad ah.
• Sheegashada in catalyst-ku kordhiyo wax-soo-saarka isu-dheellitirka. Wuxuu oo keliya dedejiyaa u dhowaanshaha isu-dheellitirka.
• Malaynta in nidaamku si buuxda u baabi'iyo isbeddelka. Falgale lagu daray wuxuu ku dhammaadaa uruurintiisii asalka ahayd korkeeda.
• Tirinta dhammaan moolasha, ma aha moolasha gaaska oo keliya, marka la go'aaminayo sida isbeddelka cadaadisku u shaqeeyo.